CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. TÍNH CHẤT NHẠY HƠI ACETONE CỦA CẢM BIẾN ZnO-H VÀ
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ NiO lên tính chất nhạy khí của lớp nhạy
NiO/ZnO-H
Tính chất hồi đáp đối với hơi acetone có nồng độ 1,863% của cảm biến dựa trên cấu trúc ZnO phân nhánh biến tính bề mặt bởi các hạt nano NiO với thời chiếu xạ UV khác nhau (4 phút, 8 phút, 16 phút, 24 phút) được khảo sát ở nhiệt độ làm việc tối ưu 280C (Hình 3.13). Ở đây các cảm biến được đo với với 4 vòng lặp. Kết quả cho thấy các cảm biến đã chế tạo có khả năng lặp lại khá tốt. Sự phụ thuộc của độ đáp ứng của cảm biến vào thời gian lắng đọng NiO đã được tính tốn và so sánh như trong Hình 3.14. Độ đáp ứng của cảm biến lần lượt là 10800%, 17400%, 33000%, 22500% và 11800% tương ứng với thời gian chiếu xạ UV 0 phút, 4 phút, 8 phút, 16 phút và 24 phút. Khi thời gian chiếu xạ UV tăng, nồng độ hạt nano có mặt trong cảm biến tăng lên, độ đáp ứng của cảm biến tăng từ 10800%-0 phút và đạt giá trị lớn nhất là 33000%-8 phút sau đó giảm 1100%-24 phút. Điều này chúng tơi cho rằng khi ZnO biến tính bề mặt bởi các hạt nano NiO ở nồng độ thấp, các hạt NiO trên bề mặt ZnO hoạt động như chất xúc tác phân ly các phân tử acetone và oxy thành các dạng có hoạt tính cao, chúng tràn ra trên bề mặt bán dẫn ZnO hấp phụ vào bề mặt vật liệu và làm tăng tốc độ phản ứng hóa học trên bề mặt vật liệu, vì vậy độ đáp ứng của cảm biến tăng lên. Khi thời gian chiếu xạ UV tăng lên, nồng độ NiO tăng lên do đó khả năng xúc tác các chất khí trên bề mặt phân ly nhiều hơn, tuy nhiên khi lượng NiO tăng quá cao sẽ làm giảm diện tích bề mặt vật liệu ZnO dẫn đến khả năng phản ứng trên bề mặt vật liệu ZnO giảm, do đó độ đáp ứng khí của cảm biến giảm. Như vậy, khảo sát thời gian lắng đọng các hạt nano NiO lên vật liệu ZnO-H ta xác định được thời gian tối ưu để lắng đọng NiO là 8 phút ở nhiệt độ làm việc 280oC.
Hình 3.13: Tính chất hồi đáp hơi acetone với nồng độ 1,863% của cảm biến dựa trên cấu trúc NiO(4min)/ZnO-H (a), NiO(8min)/ZnO-H (b), NiO(16min)/ZnO-H
Hình 3.14: Sự phụ thuộc của độ đáp ứng của các cảm biến theo thời gian lắng đọng NiO khác nhau tại nhiệt độ làm việc của cảm biến 280C.
Thời gian đáp ứng/thời gian hồi phục đối với các mẫu ZnO-H, NiO(4min)/ZnO-H, NiO(8min)/ZnO-H, NiO(16min)/ZnO-H, NiO(24min)/ZnO-H được tính tốn lần lượt là 3 giây/930 giây, 1 giây/826 giây, 1 giây/298 giây, 1 giây/678 giây, 1 giây/669 giây đối với hơi acetone với nồng độ 1,863% ở nhiệt độ 280C. Các mẫu đều thể hiện thời gian đáp ứng với hơi acetone nhanh. Các cấu trúc được biến tính bề mặt bởi các hạt nano NiO đều có thời gian hồi phục nhanh hơn so với cấu ZnO-H tinh khiết điều này cho thấy vai trò của các hạt nano NiO trong quá trình giải hấp. Đặc biệt, cảm biến NiO(8min)/ZnO-H cho thấy thời gian hồi phục được rút ngắn
3,1 lần so với cảm biến ZnO-H.